Cinetica Enzimática

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ENZIMAS Yoshimar Bañuelos Del Prado

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Clasificación, nomenclatura y sintética enzimática.

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  • ENZIMAS

    Yoshimar Bauelos Del Prado

  • Las enzimas son protenasCatalizan reacciones qumicas necesarias para la sobrevivencia celularSin las enzimas los procesos biolgicos seran tan lentos que las clulas no podran existir.Las enzimas pueden actuar dentro de la clula , fuera de sta, y en el tubo de ensayo.E + S ESEP E + P

  • La enzima disminuye la energa de activacinSin enzimaCon enzimaLa Ea de la hidrlisis de la urea baja de 30 a 11 kcal/mol con la accin de las enzimas, acelerando la reaccin 1014 xEl aumento de temperatura necesario para producir la reaccin no catalizada seria de 529C

  • Enzima - CatalizadorTanto la enzima como el catalizador aceleran la velocidad de una reaccin qumica.Una enzima puede transformar 1000 molculas de sustrato/ segundoLas enzimas tienen 3 propiedades que los catalizadores NO tienenEspecificidad por el sustratoSe inactivan por desnaturacinPueden ser reguladas

  • Las enzimas se unen a los reactivos (sustratos) reduciendo la energa de activacin

    Cada enzima tiene una forma nica con un sitio o centro activo en el que se une al sustrato

    Despus de la reaccin, enzimas y productos se separan.

    Las molculas enzimticas no han cambiado despus de participar en la reaccin

  • Las enzimas cumplen su papel cataltico gracias a:Fijacin estereoqumicamente complementaria del substratoTransformacin cataltica del mismo

    En ambas funciones participan:

    Cadenas laterales de los aminocidosGrupos o molculas no proteicas: Grupos prostticosIones metlicosCofactores

  • Los siguientes hechos: Especificidad de la reaccin enzimtica Carcter heterogneo de la catlisis enzimtica

    Nos llevan a postular la existencia de un Centro Activo en la molcula de enzima, capaz de:

    Fijar especficamente al substrato Transformarlo catalticamente.

  • La unin del sustrato es muy especficaComplementariedad geomtricaComplementariedad de cargas, uniones inicasModelos: Encaje inducidoLlave cerradura.Estado de transicin

  • Teoras de la accin enzimtica, 1Modelo de Llave y Cerradura (Emil Fischer)Substrato y enzima se acoplan de forma estereospecfica,de la misma manera que una llave se ajusta a su cerradura.

    Modelo aceptado durante mucho tiempo; hoy se considera insuficiente al no explicar algunos fenmenos de la inhibicin enzimtica

  • Teoras de la accin enzimtica, 2Modelo de Ajuste Inducido (Koshland)Tanto la enzima como el substrato sufren una alteracin en su estructura por el hecho fsico de la unin.

    Est mucho ms de acuerdo con todos los datos experimentales conocidos hasta el momento.

  • Teoras de la accin enzimtica, 3La teora del Ajuste Inducido se ampla en la actualidaddefiniendo la accin enzimtica comoEstabilizacin del Estado de TransicinSegn lo cual, el Centro Activo enzimtico es en realidadcomplementario no al substrato o al producto, sino alestado de transicin entre ambos.

  • Una enzima puede unir dos sustratos en su sitio activo

  • Clasificacin y nomenclatura de enzimas

  • EC 1.x OxidorreductasasEC 2.x TransferasasEC 3.x HidrolasasEC 4.x LiasasEC 5.x IsomerasasEC 6.x LigasasClasificacin de enzimas por GruposClasificacin y nomenclatura

  • Grupo 1: OxidorreductasasCatalizan reacciones de oxidorreduccin, en que tomos de oxigeno hidrogeno son trasladados entre molculas:En las reacciones redox, siempre tienen que estar presentes a la vez el aceptor y el dador electrnico.Clasificacin y nomenclatura

  • Nomenclatura del subgrupo en oxidorreductasas:EC 1.1.x - DeshidrogenasasEC 1.2.x - OxidasasEC 1.3.x - PeroxidasasEC 1.4.x - OxigenasasEC 1.5.x - HidroxilasasEC 1.6.x - Reductasasetc.Clasificacin y nomenclaturaGrupo 1: OxidorreductasasAplicaciones: Ensayos de diagnostico clnico (glucosa oxidasa y colesterol oxidasa Deslignificacin Bioblanqueamiento

  • A-X + BA + B-XGrupo 2: TransferasasCatalizan reacciones de transferencia de tomos grupo de tomos entre molculas:Dador: Aceptor Grupo transferido - transferasaATP: D-Hexosa FosfotransferasaEC 2.7.1.1Nombre comn: hexokinasaClasificacin y nomenclatura

  • Clasificacin de subgrupo de las transferasas:EC 2.1.x - Grupos monocarbonadosEC 2.2.x - Grupos aldehido o cetoEC 2.3.x - AciltransferasasEC 2.4.x - GlicosiltransferasasEC 2.5.x - Alquil- o AriltransferasasEC 2.6.x - Grupos nitrogenadosEC 2.7.x - Grupos fosfatoEC 2.8.x - Grupos sulfatoEC 2.9.x - Grupos selenioClasificacin y nomenclaturaGrupo 2: TransferasasAplicaciones: Sntesis de oligosacridos

  • Grupo 3: HidrolasasCatalizan reacciones de hidrlisis y tambin su reverso. Son las ms comunes en el dominio de la tecnologa enzimtica:A-B + H2OA-OH + H-BNo se suelen utilizar nombres sistemticos en lashidrolasas. Muchas de ellas conservan el nombrePrimitivo. Ejemplo: Quimosina EC 3.4.23.4.Clasificacin y nomenclatura

  • Clasificacin de las hidrolasas:3.1.-.-Esterasas (carboxilesterasas, fosfoesterasas, sulfoesterasas)3.2.-.-Glicosidasas3.3.-.-ter hidrolasas3.4.-.-Pptido hidrolasas3.5.-.-Acil anhdrido hidrolasasetc. Grupo 3: HidrolasasClasificacin y nomenclaturaAplicaciones: Lipasas Sntesis de tensioactivosProteasas Fabrico de quesosGlicosidasas Clarificacin de jugos; liberacin de aromas en los vinos; aplicaciones textiles

  • Grupo 4: LiasasCatalizan reacciones reversibles de remocin de grupo de tomos del sustrato (este grupo no incluye las hidrolasas):

    A-BA + BClasificacin y nomenclaturaEjemploNombre sistemtico: Histidina amonio-liasa (EC 4.3.1.3)

    Nombre comn: Histidasa

  • Clasificacin de las liasas:4.1.x - Actan sobre enlaces C-C4.2.x - Actan sobre enlaces C-O4.3.x - Actan sobre enlaces C-N4.4.x - Actan sobre enlaces C-S4.5.x - Actan sobre enlaces C-Haluro (S-, Cl-, Br-, I- At-)4.6.x - Actan sobre enlaces P-O4.99.x - Otras liasesClasificacin y nomenclaturaAplicaciones: Pectato liasa Remueve los compuestos indeseables (ceras, pectinas, protenas) en fibras en la industria textil bioscouringGrupo 4: Liasas

  • Grupo 5: IsomerasasCatalizan reacciones de isomerizacin molecularesClasificacin y nomenclaturaABEjemplo:

    Glucosa isomerasa (EC 5.3.1.5)

  • 5.1.x - Rasemasas y Epimerasas5.2.x - cis-Trans-Isomerasas5.3.x - Oxidoreductasas Intramolecular5.4.x - Transferasas Intramoleculares (mutases)5.5.x - Liasas Intramoleculares5.99.x - Otras IsomerasasGrupo 5: IsomerasasClasificacin y nomenclaturaClasificacin de las isomerasas:

  • Grupo 6: LigasasCatalizan la unin de dos grupos qumicos a expensasde la hidrlisis de un nucletido trifosfato (ATP, GTP, etc.).A + B + ATPA-B + ADP + PiClasificacin y nomenclaturaEjemplo: Glutationa sintasa (EC 6.2.2.3)

    Nombre sistmico:G-L-glutamilo-L-cisteina:glicina ligase

  • Grupo 6: LigasasClasificacin y nomenclaturaClasificacin de las ligasas:6.1.x - Forman enlaces C-O6.2.x - Forman enlaces C-S6.3.x - Forman enlaces C-N6.4.x - Forman enlaces C-C6.5.x - Forman enlaces steres fosfricos6.6.x - Actan sobre enlaces N-metal

  • Cintica Enzimtica

  • Cintica EnzimticaLa cintica enzimtica es el anlisis cuantitativo del efecto de cada uno de los factores que intervienen en la actividad enzimtica, que se evala a travs de la velocidad de la reaccin catalizada.Las variables ms importantes son:Concentracin de enzima, sustratos y productos (incluyendo inhibidores y/o activadores)pHTemperatura

  • v[s]Efecto de la concentracin de substrato........

  • E + SESE + Pk+1k-1k+2Una cintica hiperblica implica un proceso saturante:Hay un nmero limitado de sitios en la enzimapara fijar substrato; una vez que estn ocupadostodos, por mucho que aumente la concentracinde substrato, la velocidad permanecer constantetendiendo a un valor asinttico

  • El sistema de ecuaciones diferenciales que describe la dinmicadel sistemaE + SESE + Pk+1k-1k+2

  • Hiptesis de Michaelis - MentenE + SESE + Pk+1k-1k+2- La primera parte del mecanismo, E + SESk+1k-1Tiene lugar mucho ms rpidamente que la segunda: ESE + Pk+2

  • Significado de la constante Km1. Constante de equilibrio de disociacin del complejo ES (en condiciones de equilibrio rpido)

    2. Medida inversa de la afinidad de la enzima por el substrato (en condiciones de equilibrio rpido)

    3. Mide la funcin de fijacin (en cond.de equilibrio rpido)

    4. Concentracin de substrato para la que la velocidad se hace igual a la mitad de la mxima (s0.5)

    5. Se define para una pareja enzima-substrato

    6. Se mide en unidades de concentracin

  • Significado de la constante Vmax= k+2 e01. Velocidad asinttica para s

    2. Directamente proporcional a la concentracin de enzima (hoy se prefiere caracterizar a la enzima por k+2)

    3. Mide funcin de transformacin cataltica

    4. Se expresa en unidades de velocidad

  • Definicin Actividad Enzimtica Es el nmero de moles de sustrato que reaccionan para formar producto, por mol de enzima y por unidad de tiempo. Esto supone que la enzima est plenamente saturada con sustrato y por tanto que la reaccin se efecta con su mxima rapidezEl ndice de recambio muestra la eficiencia impresionante de la catlisis enzimtica

  • Efecto del pH en la ENZIMACada enzima tiene un pH ptimo para su actividadEl pH afecta las interacciones inicas

  • 1. Sobre la fijacin del substrato al centro activo:- Grupos disociables de la enzima- Grupos disociables del substrato

    2. Sobre la transformacin cataltica del substrato

    3. Sobre la estructura de la protena enzimticaEfecto del pH

  • En el efecto de la temperatura hay dos componentes:1. Aceleracin de la reaccin segn la ecuacin de Arrhenius

    k = A exp (-Ea/RT)

    2. Desnaturalizacin trmica de la protena

  • Efecto de la temperatura en la ENZIMACada enzima tiene una temperatura ptima.Temperatura154075Aumento de la velocidadDesnaturacin por calor

  • ORGANISMOS TERMFILOSSon organismos que viven a altas t y realizan sus reacciones enzimticas a estas altas tEjemplos son los que viven en las aguas termalesEs tema de investigacin el aislamiento de las enzimas de estos organismos para desarrollar procesos industriales en condiciones ms extremas

  • CoenzimasLas coenzimas son pequeas molculas orgnicas, que se unen a la enzima.Las coenzimas colaboran en la reaccin enzimtica recibiendo transitoriamente algn grupo qumico: H+ , OH, CH3 . La enzima sin la coenzima recibe el nombre de APOENZIMA

  • El NAD es una coenzima aceptora de H

  • Algunas enzimas requieren metales para mejorar su actividad

  • Isoenzimas o IsozimasSon formas moleculares diferentes de una misma enzimaCatalizan la misma reaccinEjemplo: Lactato deshidrogenasaLactato + NAD ==== Piruvato + NADHSe diferencian por su movilidad electroforticaUsadas en clnica: sueros normales y sueros con alguna patologa

  • INHIBICIN ENZIMTICA

  • Inhibidor:

    Efector que hace disminuir la actividad enzimtica, a travs deinteracciones con el centro activo u otros centros especficos(alostricos).

    Esta definicin excluye todos aquellos agentes que inactivan ala enzima a travs de desnaturalizacin de la molcula enzimtica

    De esta forma, habr dos tipos de inhibidores:

    I. Isostricos: ejercen su accin sobre el centro activo

    II. Alostricos: ejercen su accin sobre otra parte de la molcula, causando un cambio conformacional con repercusin negativa en la actividad enzimtica.

  • INHIBICIN ENZIMTICA ISOSTRICA

  • Los inhibidores isostricos pueden ser de dos tipos:1. Inhibidor reversible: establece un equilibrio con la enzima libre, con el complejo enzima-substrato o con ambos:E + IEI2. Inhibidor irreversible: modifica qumicamente a la enzima:E + IEES + IESI

  • Inhibicin reversible(a) El inhibidor se fija al centro activo de la enzima libre, impidiendo la fijacin del substrato: Inhibicin Competitiva

    (b) El inhibidor se fija a la enzima independientemente de que lo haga o no el substrato; el inhibidor, por tanto, no impide la fijacin del substrato a la enzima, pero s impide la accin cataltica: Inhibicin No Competitiva

    (c) El inhibidor se fija nicamente al complejo enzima-substrato una vez formado, impidiendo la accin cataltica; este tipo se conoce como Inhibicin Anticompetitiva

  • INHIBICIN COMPETITIVA

  • Inhibidores CompetitivosCompiten con el sustrato por el sitio activo de la enzimaSe une solo a la enzima libreV mx no se altera y K M cambia

  • Inhibicin competitivaAl aumentar la cantidad de SUSTRATO el inhibidor competitivo es desplazado y se forma producto

  • EESEIISE + PCaractersticas:- Las fijaciones de substrato e inhibidor son mutuamente exclusivas- A muy altas concentraciones de substrato desaparece la inhibicin- Por lo general, el inhibidor competitivo es un anlogo qumico del substrato.- El inhibidor es tan especfico como el substratoSe define una constante deequilibrio de disociacin delinhibidor:Ki = [E] [I][EI]

  • En condiciones de equilibrio rpido, llamando y a la concentracin del complejo EI, para la inhibicin competitiva obtenemos el siste-ma de ecuacionesQue resuelto para x nos daDe donde

  • Por tanto, en la inhibicin competitiva, 1. El efecto cintico del inhibidor es el aumento aparente de la Km, que aparece multiplicada por el factor (1 + i/Ki)

    2. La Vmax no aparece modificada; para concentraciones muy altas del substrato, v = Vmax, igual que en ausencia de inhibidor

    3. Cuanto ms pequeo sea el valor de Ki mayor ser la potencia del inhibidor competitivo.

  • -1/Km-1/(Km(1 + i/Ki))1/VmaxInhibicin competitiva - Representacin recproca doble

  • Ejemplo Inhibidor Competitivocido succnico + FAD == cido fumrico + FADH2 El inhibidor competitivo es el cido malnicoEs un anlogo estructuralmente parecido al cido succnico

  • cido Flico y SulfanilamidaLa sulfanilamida es un anlogo estructural del cido p - aminobenzoico (PABA)PABA es el punto de partida para la sntesis de cido flico en las bacteriasEl cido flico es una vitamina esencial para la proliferacin (divisin) bacterianaSulfanilamida se usa en el tratamiento algunas infecciones

  • Metotrexato y DihidrofolatoEl cido flico en sus formas de dihidro y tetrahidrofolato es coenzima de la reaccin catalizada por la dihidrofolato reductasa Esta reaccin es parte del metabolismo de los nucletidos para la sntesis de DNAMetotrexato se usa en la terapia de algunos cnceres, inhibiendo la sntesis de DNA

  • Inhibidor competitivosu estructura es similar a la del sustratoNo se forma producto

  • Inhibicin No Competitiva

  • Inhibidor No CompetitivoSe une a un lugar diferente del sitio activo la enzima Se une a la enzima libre y tambin al complejo enzima-sustratoPor accin del inhibidor disminuye la Vm pero el valor de Km no se altera

  • Inhibicin NO competitiva

  • Inhibidor NO competitivoEl inhibidor NO competitivo se une a la enzima en un sitio diferente del sitio activo

  • El inhibidor se fija indistintamente a la enzima libre Ey al complejo enzima-substrato ES; ni el complejo EIni el complejo ESI son productivos

  • Inhibicin Anticompetitiva o Incompetitiva

  • Inhibidor IncompetitivoEn este tipo de inhibicin el inhibidor se enlaza al centro activo pero solo despus de que el sustrato lo haya hecho y, por tanto, inhibidor y sustrato no compiten. De esta manera, aunque todo el sustrato est saturando la enzima y toda la enzima est como complejo ES, el inhibidor puede enlazarse produciendo un complejo inactivo ESI.

    Como I solo se une a ES estimula la formacin de ES y, por tanto, incrementa la unin del sustrato a la enzima, disminuyendo Km . Sin embargo, el complejo ESI no conduce a productos y Vm disminuye.

  • Inhibidor IncompetitivoSe une a un lugar diferente del sitio activo de la enzimaSe une slo al complejo enzima-sustratoLos efectos que tiene: disminuye el valor de Km y tambin el de Vmx

  • El inhibidor slo puede fijarse al complejo ES;el complejo ESI no es productivo

  • Determinacin de parmetros cinticos de inhibicin

    ModeloKapVapInh compKm(1+i/Ki)VmInh no comp totalKmVm/(1+i/Ki)Inh anticompKm/(1+i/Ki)Vm/(1+i/Ki)

  • Inhibicin Irreversible- Los inhibidores irreversibles reaccionan con un grupo qumico de la enzima, modificndola covalentemente

    - Su accin no se describe por una constante de equilibrio Ki, sino por una constante de velocidad ki:E + I E- A diferencia de la inhibicin reversible, el efecto de los inhibidores irreversibles depende del tiempo de actuacin del inhibidor.

    - Los inhibidores irreversibles son, por lo general, altamente txicos.

  • Inhibidores IrreversiblesProducen inactivacin permanente de la actividad enzimticaSe interfiere con el normal desarrollo de una reaccin o va metablicaEjemplos: p-cloromercuribenzoato, yodoacetato, diisopropilfluorfosfato

  • Algunos tipos de inhibidores irreversibles1. Reactivos de grupos -SH

    2. Organofosfricos

    3. Ligandos de metales

    4. Metales pesados

  • Inhibicin enzimtica alosterica

  • Enzimas AlostricasSon enzimas cuya estructura proteica est formada de varias subunidadesNo se rigen por la cintica de M - MAdems del sitio o centro activo tienen sitios alostricos o de regulacinSitio activo/sustratos; Sitio alostrico/moduladores o reguladoresLa relacin entre la velocidad de reaccin y la concentracin de sustrato sigue cintica sigmodea

  • Enzimas alostricasLas enzimas alostricas presentan estructura cuaternaria.Tienen diferentes sitios activos, unen mas de una molcula de sustratoLa unin del sustrato es cooperativala curva de velocidad presenta una forma sigmoidal

  • Concepto de CooperatividadLa unin de los sustratos al sitio activo de una subunidad produce un cambio conformacional que por contacto fsico se transmite a las subunidades vecinas, facilitando las interaccionesModelos de unin: secuencial y concertadoEjemplos: unin Hb-O2, enzimas alostricas y sus sustratos

  • Moduladores AlostricosTambin reciben el nombre de efectores y pueden ser positivos o negativosSe unen al sitio alostrico que puede estar en la misma subunidad que tiene al sitio activo o en las subunidades regulatoriasSu unin produce un cambio conformacional que afecta al sitio activo

  • Aspartato Transcarbamilasac L-asp + Carbamil-P === Carbamil-asp + Pi . Primera reaccin en la sntesis de pirimidinasEfector positivo: CTP Efector negativo: ATP Tiene dos subunidades catalticas para los sustratos y tres subunidades regulatorias para los efectores

  • RESUMENLas enzimas son protenas que catalizan las reacciones biolgicasPresentan especificidad por su sustratoCada enzima presenta dos parmetros importantes Vmax (saturacin de la enzima) y la Km (medida de la afinidad por el sustrato)

  • RESUMENLa actividad enzimtica puede ser inhibida, por inhibidores competitivos (similares al sustrato) o por inhibidores no competitivos.La temperatura y el pH afectan a la enzima en su actividad cataltica.Algunas enzimas requieren de coenzimas y/o cofactores para su actividad.

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